పదార్థాల పరిచయం: ప్రకృతి మరియు లక్షణాలు (భాగం 1: పదార్థాల నిర్మాణం)

ప్రొఫెసర్ ఆశిష్ గార్గ్

డిపార్ట్ మెంట్ ఆఫ్ మెటీరియల్ సైన్స్ అండ్ ఇంజినీరింగ్

ఇండియన్ ఇన్ స్టిట్యూట్ ఆఫ్ టెక్నాలజీ, కాన్పూర్

ఉపన్యాసం - 01

మెటీరియల్స్ ఎవల్యూషన్

మెటీరియల్స్ యొక్క స్వభావం మరియు లక్షణాలపై మేం ఈ కొత్త కోర్సును ప్రారంభిస్తాం, మరియు మెటీరియల్స్ యొక్క నిర్మాణం పై ఆధారపడిన ఈ నిర్ధిష్ట కోర్సు యొక్క మొదటి మాడ్యూల్ ని మేం ప్రారంభిస్తాం. కాబట్టి, నేను ఆశిష్ గార్గ్, మరియు నేను ఐఐటి కాన్పూర్ లోని మెటీరియల్ సైన్స్ అండ్ ఇంజనీరింగ్ విభాగంలో ప్రొఫెసర్ గా ఉన్నాను మరియు ఎవరైనా నన్ను సంప్రదించాల్సి వస్తే నా కాంటాక్ట్ వివరాలను అనుసరిస్తున్నాను. కాబట్టి, కోర్సు అవుట్ లైన్ పేర్కొన్నట్లుగా మరియు ఈ కోర్సు దాదాపు అన్ని నేపథ్యాలకు చెందిన యుజి మరియు పిజి విద్యార్థులకు, మెటలర్జికల్ ఇంజనీరింగ్ లో మెటీరియల్స్ చదువుతున్న వారికి కూడా ఉపయోగకరంగా ఉంటుంది.

(స్లైడ్ టైమ్ రిఫర్ చేయండి: 00:52)

కోర్సు కోసం సిఫార్సు చేయబడిన పఠన సామగ్రి మూడు పుస్తకాలను జాబితా చేసింది, ఇది మెటీరియల్ సైన్స్ ఇంజనీరింగ్ అయిన ప్రొఫెసర్ వి. రాఘవన్ రాసిన మొదటి పుస్తకం, రెండవ మంచి పుస్తకం కాలిస్టర్, ఇది మెటీరియల్ సైన్స్ ఇంజనీరింగ్. ఇది ఒక పరిచయ పుస్తకం, మరియు మూడవ పుస్తకం జాన్ వుల్ఫ్, అంటే విలే చే పదార్థాల నిర్మాణం మరియు లక్షణాలు, మొదటి సంపుటి పదార్థాల నిర్మాణానికి సంబంధించినది. కాబట్టి, ఎవరైనా వివరాలలోకి వెళ్లాలనుకుంటే ఇది అద్భుతమైన పుస్తకం. కాబట్టి, మననాగరికతలకు కూడా కాంస్య యుగం, రాతి యుగం, ఇనుప యుగం వంటి పదార్థాల పేరు పెట్టబడింది, మరియు ప్రస్తుతం మనం సిలికాన్ యుగం లేదా ఎలక్ట్రానిక్స్ యుగంలో ఉన్నాము.

(స్లైడ్ సమయాన్ని రిఫర్ చేయండి: 01:57)

కాబట్టి, మీరు మా పూర్వీకుల వద్దకు తిరిగి వెళ్తే పదార్థాలు చాలా ముఖ్యమైనవని మాకు తెలుసు, వారు ఇంతకు ముందు రాళ్లను ఉపయోగించారు. అప్పుడు వారు పదార్థాలను కనిపెట్టడం ప్రారంభించారు, మరియు వింతగా విలువైన లోహాలు అనేక పదార్థాల ముందు వచ్చాయి మరియు తరువాత కంచు మరియు ఇత్తడి వంటి రాగి ఆధారిత మిశ్రమాలు అభివృద్ధి చెందాయి. సింధు లోయ నాగరికత కాంస్యాలు మరియు ఇత్తడిని ఉపయోగించింది. అప్పుడు ఇనుము రాక మానవులకు గణనీయమైన ప్రయోజనాలను ఇచ్చింది ఎందుకంటే ఇనుము బలమైన పదార్థం. దీనిని యుద్ధంలోనే కాకుండా చాలా ఇతర ఆచరణాత్మక విషయాల్లో కూడా ఉపయోగించవచ్చు. రాళ్ళు మరియు ఇతర వస్తువులతో పోలిస్తే ఇది వేటను సులభతరం చేసింది. గత 200 సంవత్సరాలుగా, సిలికాన్ ఆధారిత సాంకేతిక ఆవిష్కరణల రాక ఎలక్ట్రానిక్స్ లేదా విద్యుత్ అభివృద్ధికి దారితీసింది, మరియు దీని కారణంగా మేము సిలికాన్ ఆధారిత అన్ని సాంకేతిక పరికరాలను ఉపయోగిస్తున్నాము.

కాబట్టి, మెటీరియల్స్ మనకు చాలా ముఖ్యమైనవి, అందుకే మెటీరియల్స్ యొక్క సైన్స్ మరియు ఇంజనీరింగ్ అధ్యయనం చేయడం ముఖ్యం. కాబట్టి, ఈ కోర్సు ఒక పరిచయ కోర్సు, మరియు మేము పదార్థాల ప్రాథమికాంశాల గురించి మాట్లాడతాము, ఇది ఈ విభాగంలో మరింత ముందుకు సాగడానికి మీకు సహాయపడుతుంది.

(స్లైడ్ టైమ్ రిఫర్ చేయండి: 03:54)

క్రీ.పూ 10,000 లో, ఆ వ్యక్తి రాయి, గడ్డి విరామం, చెక్క చర్మాలు వంటి వస్తువులను ఉపయోగిస్తున్నాడు. విచిత్రమేమిటంటే, బంగారం చాలా త్వరగా వచ్చింది. ఆ తర్వాత, క్రీ.పూ. 5000 తర్వాత, ఒక వ్యక్తి కుండలను అభివృద్ధి చేయడం ప్రారంభించాడు, అవి సిరామిక్స్, గ్లాసులు మరియు మిశ్రమాల ఆధారంగా కాగితంలో ఉపయోగించబడ్డాయి. ఉదాహరణకు, పాలిమర్లు మరియు ఎలాస్టోమర్లు ఉపయోగించబడ్డాయి. ఆ తర్వాత రాగి, కంచు, ఇనుము వంటి వివిధ నాగరికతలలో సింధు లోయ నాగరికత కు ముందు వచ్చారు. అప్పుడు ఇనుప యుగం, ఇనుము రాక కారణంగా లోహాల వాడకాన్ని విస్తరిస్తుంది మరియు అదే సమయంలో మరియు సిమెంట్ కర్మాగారాల రూపంలో సిరామిక్స్ మరియు గ్లాసులు వంటి వస్తువులను ఉపయోగిస్తూనే ఉంది, ఎందుకంటే వారు ఇళ్లు మరియు భవనాలు మరియు రాజభవనాలు మొదలైనవాటిని నిర్మించాల్సిన అవసరం ఉంది.

ఇంకా, మేము 1900 ల క్రిందికి కదులుతున్నప్పుడు, ఇనుము వేయడానికి దారితీసింది, తరువాత ఉక్కు. ఇనుముతో పోలిస్తే ఉక్కు మంచి పదార్థం, ఆపై అలాయ్ స్టీల్స్ అభివృద్ధి, ఇది వాస్తవానికి ఉక్కును మెరుగుపరిచింది. కాబట్టి, ఇది ఉక్కు యుగం, ఒకరు చూడగలరు. ఇప్పుడు ఉక్కు చాలా బాగుంది, కానీ ఆ వ్యక్తి మరింత తేలికైన మరియు బలమైన ఇతర పదార్థాలను కనుగొన్నాడు. కాబట్టి, అల్యూమినియం మిశ్రమాలు, టైటానియం మిశ్రమాలు, జిర్కోనియం మిశ్రమాలు వంటి పదార్థాలు చిత్రంలోకి వచ్చాయి.

1960 లు లేదా అంతకంటే ఎక్కువ సమయంలో, ఈ వక్రత పైకి వెళ్ళడం ప్రారంభిస్తుంది, అంటే లోహాలు నెమ్మదిగా వాటి డొమైన్ లో కుంచించుకుపోతున్నాయి, మరియు ఇతర పదార్థాలు విస్తరించడం ప్రారంభిస్తాయి. అంతేకాక, పురుషులు కూడా చాలా సింథటిక్ పాలిమర్లను అభివృద్ధి చేయడం ప్రారంభించారు, మరియు ఈ సింథటిక్ పాలిమర్లు అనువర్తనాల శ్రేణికి దారిఇస్తాయి, ఇవి పాలిమర్ ఆధారితమైనవి ఎందుకంటే పాలిమర్ ఒక కాంతి పదార్థం. ఆపై రాయిని కలపడం ద్వారా మరియు సిరామిక్స్ మరియు పాలిమర్లు లేదా లోహాలు మరియు పాలిమర్లు మరియు లోహాలు మరియు సిరామిక్స్ కలపడం ద్వారా కూడా మిశ్రమాలు, ప్రజలు ఈ మిశ్రమాలను తయారు చేశారు, ఇది విభిన్న లక్షణాలను కలిగి ఉంది, ఇది లోహం మరియు సిరామిక్ రెండింటి లక్షణాలను రాజీ చేస్తుంది. కాబట్టి, ఇది రెండింటి మిశ్రమం. కాబట్టి, మెటీరియల్స్ యొక్క అరేనా కాలవ్యవధి గా నాటకీయంగా మారిందని మీరు చూడవచ్చు, మరియు నేడు, ఉదాహరణకు, 1950 ల చుట్టూ ఎక్కడో, వాక్యూం టెక్నాలజీ, ప్రాసెసింగ్ టెక్నాలజీలలో రాక సిలికాన్ తయారీకి దారితీస్తుంది.

నేడు మనం సిలికాన్ యుగంలో నిలుస్తాము, మరియు బహుశా నేడు మాలిక్యులర్ ఇంజనీరింగ్ వయస్సు కూడా ఎందుకంటే మేము పదార్థాలను చూస్తున్నాము మరియు అణు స్థాయిలో పదార్థాలను ఉపయోగిస్తున్నాము, చాలా సన్నని సినిమాలు, గ్రాఫేన్ వంటి 2డి నిర్మాణాలు. మనం పదార్థాల యొక్క పూర్తిగా భిన్నమైన యుగంలో నిలబడి ఉన్నామని చెప్పవచ్చు, ఇది మేము ఇంతకు ముందు కంటే చాలా భిన్నంగా ఉంది.

కాబట్టి, చాలా ఇంజనీరింగ్ అప్లికేషన్లకు ఉపయోగించే ఈ మెటీరియల్స్ ను మనం వర్గీకరిస్తే, మనం వర్గీకరించగల కొన్ని కేటగిరీలు ఉన్నాయి. కాబట్టి, మన మనస్సుకు వచ్చే మొదటిది లోహాలు మరియు మిశ్రమాలు.

(స్లైడ్ టైమ్ రిఫర్ చేయండి: 07:36)

లోహాలు మరియు మిశ్రమలో, ఉదాహరణకు, రాగి లోహం మరియు ఇత్తడి, ఇది రాగి మరియు జింక్ యొక్క మిశ్రమం. మీరు ఇనుము మరియు కార్బన్ మిశ్రమలోహాన్ని కలిగి ఉండవచ్చు, ఇవి ఉక్కు మరియు కాస్ట్ ఐరన్లు తప్ప మరేమీ కాదు. కాబట్టి, రాగి, నికెల్, ఇనుము, జిర్కోనియం, టైటానియం, అల్యూమినియం మొదలైనవన్నీ లోహాలు, మరియు మీరు వాటిని వివిధ మూలకాలతో కలపడం ద్వారా వాటిని మిశ్రమాలను తయారు చేయవచ్చు, మరియు అవి అద్భుతమైన లక్షణాలను కలిగి ఉంటాయి. లోహాలు సాధారణంగా చాలా డక్టైల్ గా ఉంటాయి, మరియు అవి సహేతుకంగా బలంగా ఉంటాయి, మరియు తక్కువ ఉష్ణోగ్రత నుండి అధిక ఉష్ణోగ్రత వరకు అనువర్తనాల్లో వీటిని ఉపయోగించవచ్చు. అలాగే, లోహాలు విద్యుత్ మరియు ఉష్ణంగా నిర్వహించబడుతున్నాయి; అందుకే మన ప్రపంచంలో లోహాలను విస్తృతంగా ఉపయోగిస్తారు. ఉదాహరణకు, అల్యూమినియం ఆక్సైడ్, సిలికాన్ ఆక్సైడ్, సిలికాన్ కార్బైడ్, మెగ్నీషియం ఆక్సైడ్, టైటానియం ఆక్సైడ్, మరియు ఈ ఆక్సైడ్లు, నిట్రైడ్లు, కార్బైడ్స్, ప్రాథమికంగా సిరామిక్స్ అని రెండవ కేటగిరీ. సిరామిక్స్ లోహాల కంటే భిన్నంగా ఉంటాయి ఎందుకంటే అవి మరింత పెళుసుగా ఉంటాయి కానీ చాలా బలంగా ఉంటాయి; వీరికి అధిక బలం లేదా అధిక మోడ్యులస్ ఉంటాయి. కాబట్టి, మీరు వాటిని ఇంపాక్ట్ లోడింగ్ కు లోబడి ఉంటే, ఉదాహరణకు, మీరు ఒక గాజు కప్పులో టీ తాగుతున్నట్లయితే, అది పగిలిపోతే, అది పగిలిపోతుంది, అయితే లోహం అలా చేయదు. కాబట్టి, అంటే ఇది పెళుసుగా ఉంటుంది. అయితే, సిరామిక్స్ ముఖ్యమైన కొన్ని అనువర్తనాలు ఉన్నాయి, ఎందుకంటే సిరామిక్స్ అధిక ఉష్ణోగ్రత పదార్థాలు, మరియు అవి తక్కువ గుణక ఉష్ణ విస్తరణను కూడా కలిగి ఉంటాయి, కాబట్టి, సిరామిక్స్ వక్రీభవన, ఇటుకలు మరియు బట్టీలకు ఉపయోగించబడతాయి. ఉపకరణాలను కత్తిరించడానికి సిరామిక్స్ చాలా ముఖ్యమైనవి, మరియు అవి అక్కడ చాలా ముఖ్యమైనవిగా ఉండటానికి అధిక కఠినత్వాన్ని కూడా కలిగి ఉంటాయి.

మరోవైపు, లోహాలు సాధారణంగా వంతెనలు, ఇళ్ళు, రాడ్లు, ఆటోమొబైల్స్ వంటి నిర్మాణాత్మక పదార్థాలుగా ఉపయోగించబడతాయి, ఇది బలంగా, డక్టైల్ మరియు కఠినంగా ఉండాలి.

మూడవ వర్గం పాలిమర్లు, ఇవి కాంతి పదార్థం. ఇవి తక్కువ స్థితిస్థాపక మోడ్యులస్ ను కలిగి ఉంటాయి. అయితే, అవి చాలా సరళమైనవి, మరియు మీరు చాలా సన్నని నిర్మాణాలను, వాటి నుండి చాలా తేలికపాటి నిర్మాణాలను తయారు చేయవచ్చు, అవి ఎక్కువగా కార్బన్, నైట్రోజన్, ఆక్సిజన్ మొదలైన కాంతి మూలకాలను కలిగి ఉంటాయి. కాబట్టి, ఉదాహరణలు పాలిథిలిన్ కావచ్చు, దీనిని మనం రోజూ ఉపయోగించే ప్లాస్టిక్ బ్యాగ్ లాగా ఉపయోగిస్తారు. పివిసి అనేది పాలీవినైల్ క్లోరైడ్, దీనిని డక్ట్ చేయడం, పైపింగ్ చేయడానికి ఉపయోగిస్తారు, మరియు ఇది బలమైన పదార్థం, అయితే ఇది తేలికైనది, మరియు ఇది తుప్పు పట్టదు. కాబట్టి, పాలిమర్ల యొక్క మరొక ప్రయోజనం ఉంది, అవి తుప్పు పట్టవు. కాబట్టి, లోహాలు, ఉదాహరణకు, మీరు లోహపు పైపును తయారు చేసి, మీ క్రూరమైన ఫ్లష్ వాటి గుండా వెళ్తే, అవి తుప్పు పట్టవు, కానీ పాలిమర్లు తుప్పు పట్టవు.

కాబట్టి, పాలిమర్లు తేలికగా ఉంటాయి, తయారు చేయడానికి సులభం, తుప్పు పట్టవు, మరియు అవి తక్కువ ఖర్చు అవుతాయి. అనేక సిలికాన్ లు వివిధ రకాల అనువర్తనాల్లో ఉపయోగించబడతాయి; ఎలాస్టోమర్స్ లోని ఈ పాలిమర్లు లోహాలు మరియు సిరామిక్స్ కంటే చాలా భిన్నంగా ఉండే మరొక తరగతి పదార్థాలు, అవి అంత బలంగా లేవు అనే అర్థంలో. అయితే, వారికి కాంతి ఉంది, వారికి అధిక సరళత్వం ఉంటుంది, మరియు అవి చాలా కఠినంగా ఉంటాయి. కాబట్టి, లోహాలు మరియు సిరామిక్స్ యొక్క అధిక ఉష్ణోగ్రత ప్రాసెసింగ్ కు వెళ్ళకుండా మీరు వాటి నుండి వస్తువులను సులభంగా తయారు చేయవచ్చు.

కాబట్టి, పాలిమర్లు మన జీవితాన్ని సులభతరం చేశాయి; ఉదాహరణకు, ప్లాస్టిక్ బ్యాగ్ మన జీవితాన్ని మరింత సౌకర్యవంతంగా చేసింది. తరువాత నాల్గవ తరగతి పదార్థాలను మిశ్రమాలు, హైబ్రిడ్ పదార్థాలు అని అంటారు, ఇవి పై మిశ్రమం. కాబట్టి, మీరు లోహాన్ని కలపవచ్చు, మరియు సిరామిక్ ఒక మెటల్ మ్యాట్రిక్స్ కాంపోజిట్ చేస్తుంది. కాబట్టి, మీరు లోహాలు మరియు సిరామిక్స్ రెండింటి లక్షణాలను ఉపయోగిస్తారు. అదేవిధంగా, మీరు పాలిమర్ మరియు సిరామిక్స్ ను కలపినప్పుడు పాలిమర్ మ్యాట్రిక్స్ కాంపోజిట్ తయారు చేయవచ్చు. కాబట్టి, మీరు పాలిమర్ మరియు సిరామిక్ యొక్క ప్రయోజనాన్ని ఉపయోగిస్తారు. అంతేకాక, మీరు మెటల్ లో పాలిమర్ ను కూడా కలపవచ్చు.

కాబట్టి, ఈ విభిన్న పదార్థాల యొక్క రెండు లేదా మూడు తరగతుల కలయిక మిశ్రమాలను ఇస్తుంది, మరియు వారికి వాటి ప్రయోజనాలు ఉన్నాయి. ఉదాహరణకు, నేడు మనకు ఉన్న టెన్నిస్ రాకెట్లు ఒక మిశ్రమం, మరియు అనేక భాగాలు మరియు ఆటోమోటివ్ అప్లికేషన్లు లేదా ఎయిర్ క్రాఫ్ట్ అప్లికేషన్లు, మీకు అధిక నిర్దిష్ట బలం లేదా అధిక నిర్దిష్ట మోడ్యులస్ అవసరమైనచోట, మీరు ప్రధానంగా మిశ్రమాలను ఉపయోగిస్తారు. కాంపోజిట్ లు యూనిట్ బరువుకు అధిక బలాన్ని కలిగి ఉంటాయి కనుక, అదేవిధంగా, అవి యూనిట్ బరువుకు అధిక మోడ్యులస్ ని కలిగి ఉంటాయి, మరియు కొన్ని అనువర్తనాల్లో అదే ఉపయోగకరంగా ఉంటుంది. కాబట్టి, ఇవి మీరు చూడగల కొన్ని అనువర్తనాలు, వస్తువులను పట్టుకోవడానికి పైలర్ మీరు దీని తల లోహంతో తయారు చేయబడి ందని చూడవచ్చు ఎందుకంటే ఇది బలంగా ఉండాలి, ఇది పెళుసుగా ఉండకూడదు, కానీ ఇది మీకు మంచి పట్టును అందించాలి, ఇది లొంగకూడదు.

(స్లైడ్ టైమ్ రిఫర్ చేయండి: 12:12)

కాబట్టి, ఇది ఉక్కుతో తయారు చేయబడింది, కానీ వంతెనలను తయారు చేయడానికి మీరు ఉపయోగించే లోహాల యొక్క ఇతర అనువర్తనాలు చాలా ఉన్నాయి, వాటిని నిర్మాణ పదార్థంగా ఉపయోగిస్తారు, కార్లు చాలా భాగాలను కలిగి ఉన్నాయి మరియు కార్లు స్టీల్, అల్యూమినియం, రాగి వంటి లోహాలను తయారు చేస్తాయి.

సిరామిక్స్ మీరు ఇక్కడ సిరామిక్ పీస్ వైట్ పీస్ చూడవచ్చు, ఇది ప్రాథమికంగా ఇన్సులేటర్, సిరామిక్స్ ఇన్సులేటర్. కాబట్టి, ఇది స్పార్క్ ప్లగ్ అని చెప్పడానికి అనుమతించే భాగాలను ఇన్సులేట్ చేస్తుంది, మరియు సిరామిక్స్ కూడా థర్మల్ మరియు ఎలక్ట్రికల్ ఇన్సులేటర్లు. అందువల్ల, అవి సాధారణ ఎలక్ట్రికల్ నుంచి ఇన్సులేషన్ ని కూడా అందిస్తాయి. కాబట్టి, ఉదాహరణకు, విద్యుత్ స్తంభాలపై, మీరు తెలుపు సిరామిక్ ముక్కలను చూస్తారు; అవి సిరామిక్ ఇన్సులేటర్లు తప్ప మరేమీ కాదు.

పాలిమర్లు, మగ్స్, ప్లాస్టిక్ బ్యాగులు, పైపులు మొదలైనవాటిని తయారు చేయడానికి ఉపయోగిస్తారు. చాలా వైద్య పరికరాలు పాలిమర్లతో తయారు చేయబడతాయి. ఉదాహరణకు, ఎలాస్టోమర్లు, వివిధ కారణాల వల్ల వేర్వేరు క్లబ్బులలో ఉంచబడతాయి, మేము తరువాత వివరిస్తాము. అద్దాలు సాధారణంగా పారదర్శకంగా ఉంటాయి. మరియు మీరు చూడగల మధ్య ఏదో హైబ్రిడ్, ఉదాహరణకు, టెన్నిస్ రాకెట్లు, ఎయిర్లైన్, ఎయిర్క్రాఫ్ట్ భాగాలు, ఆటోమోటివ్ భాగాలు ఇవన్నీ ఈ పదార్థాలను కలపడం ద్వారా తయారు చేయబడతాయి.

(స్లైడ్ టైమ్ రిఫర్ చేయండి: 14:01)

నేను ఇంతకు ముందు మీకు వివరించిన విధంగా ఇవి కొన్ని అప్లికేషన్ లు. సంక్షిప్తీకరించడానికి, సిరామిక్స్ అధిక దృఢత్వం, అధిక స్థితిస్థాపక మోడ్యులస్, గట్టి, అధిక రాపిడి నిరోధకత, మంచి అధిక ఉష్ణోగ్రత బలం, అంటే అవి 1000 కంటే ఎక్కువ ఉష్ణోగ్రతల వరకు తమ బలాన్ని కలిగి ఉంటాయి ⁰సి. ఇవి సహేతుకంగా మంచి తుప్పు నిరోధకతను కలిగి ఉంటాయి, అయితే అవి పెళుసుగా ఉంటాయి; సిరామిక్స్ లో ఇది ఒక ప్రధాన సమస్య ఎందుకంటే వారు ఎటువంటి షాక్ ను గ్రహించలేరు. కాబట్టి, అద్దాలు, మరోవైపు, కఠినమైన, తుప్పు-నిరోధక, విద్యుత్ ఇన్సులేటింగ్, పారదర్శకంగా ఉంటాయి. కాబట్టి, ఇవి కళ్లజోడు యొక్క కొన్ని మంచి లక్షణాలు, సిరామిక్స్ లో మీకు ఉన్నదానితో చాలా పోలి ఉంటాయి, కానీ అవి కూడా పెళుసుగా ఉంటాయి. కాబట్టి, ఇది మళ్ళీ అద్దాలసమస్య.

(స్లైడ్ టైమ్ రిఫర్ చేయండి: 14:50)

పాలిమర్ లు తక్కువ సాంద్రతను కలిగి ఉంటాయి; అవి కాంతి మూలకాలైన కార్బన్, నైట్రోజన్, ఆక్సిజన్ మరియు హైడ్రోజన్ వంటి మూలకాలతో తయారు చేయబడతాయి. మోల్డింగ్ వంటి ప్రక్రియలు వాటిని సులభంగా ఆకృతి చేయగలవు, మరియు అవి యూనిట్ బరువుకు అధిక బలాన్ని కలిగి ఉంటాయి. కాబట్టి, వారి బలం చాలా ఎక్కువగా లేదు, కానీ మీరు సాంద్రత యొక్క దృక్పథాన్ని చూస్తే, వారు చాలా బలంగా ఉంటారు. వాటికి దృఢత్వం లేదు, అంటే అవి తక్కువ స్థితిస్థాపక మోడ్యులస్ ను కలిగి ఉంటాయి, కానీ అవి చాలా సరళమైనవి, మీరు పెద్ద జాతులవద్ద ప్లాస్టిక్ పనులు చేయవచ్చు. కాబట్టి, అవి పెద్ద జాతులను తట్టుకోగలవు. అయితే, వాటి లక్షణాలు ఉష్ణోగ్రతకు చాలా సున్నితంగా ఉంటాయి, ఎందుకంటే అవి ఉష్ణోగ్రతతో మెత్తబడతాయి, వాటి ద్రవీభవన బిందువులు తక్కువగా ఉంటాయి. అందువల్ల, ప్లాస్టిక్ లను సాధారణంగా అప్లికేషన్ ల కొరకు ఉపయోగించరు, మీరు ఎక్కడ అధిక ఉష్ణోగ్రతకు మెటీరియల్ ని లోబరుచాల్సి వచ్చినా. కాబట్టి, ప్లాస్టిక్ లు సాధారణంగా 50 లేదా 100 కంటే తక్కువ ఉష్ణోగ్రతలకు అనుకూలంగా ఉంటాయి ^ఓపాలిమర్ రకాన్ని బట్టి సి.

ఎలాస్టోమర్ పాలిమర్ల కజిన్. దీనికి దృఢత్వం లేదు, మరియు ఇది లోహాల కంటే అనేక రెట్లు తక్కువగా ఉంటుంది, ప్రాథమికంగా రబ్బర్, సాగదీసిన తరువాత దాని ఆకారాన్ని నిలుపుకునే ఈ అద్భుతమైన సామర్థ్యాన్ని కలిగి ఉంది, మీరు రబ్బర్ లేదా ఎలాస్టోమర్ కు చాలా పెద్ద జాతులను అందించవచ్చు. ఇంకా, పాలిమర్ తో పోలిస్తే అవి సాపేక్షంగా బలంగా మరియు కఠినంగా ఉంటాయి. కాబట్టి, మీకు బలమైన పాలిమర్ అవసరమైన చోట ఇలాంటి అనువర్తనాలు, మీరు ఎలాస్టోమర్ ను ఉపయోగిస్తారు. అయితే, పాలిమర్ మరియు ఎలాస్టోమర్ మధ్య ఒక వ్యత్యాసం ఏమిటంటే, పాలిమర్ లను కరిగించి తిరిగి ఉపయోగించవచ్చు, కానీ ఎలాస్టోమర్ ను కరిగించలేము. కాబట్టి, సాధారణంగా, ఒక ఎలాస్టోమర్ కుళ్ళిపోతుంది, అయితే, పాలిమర్ కుళ్ళిపోదు.

(స్లైడ్ టైమ్ రిఫర్ చేయండి: 16:34)

మరియు తరువాత మనం లోహాలు మరియు హైబ్రిడ్ లకు వస్తాం, లోహాలు చాలా కఠినంగా ఉంటాయి, అవి అధిక ఫ్రాక్చర్ దృఢత్వాన్ని కలిగి ఉంటాయి, ఇది కె అనే పరామీటర్_ఐసిఫ్రాక్చర్ కఠినత్వానికి ప్రతినిధిగా ఉంటుంది. ఇవి అధిక దృఢత్వం, అధిక స్థితిస్థాపక మోడ్యులస్, కూర్పు మరియు ప్రాసెసింగ్ ను బట్టి చాలా డక్లైల్ ను కలిగి ఉంటాయి. లోహం తయారు చేయబడింది లేదా అది ఇనుము ఆధారిత, అల్యూమినియం ఆధారిత, రాగి ఆధారితలేదా నికెల్ ఆధారితమా? అవి మీకు బలాన్ని ఇస్తాయి, ఇది కూర్పు మరియు ప్రాసెసింగ్ ను బట్టి 50 ఎమ్ పిఎ నుంచి 1000 ఎమ్ పిఎ వరకు మరింత ఎక్కువగా ఉంటుంది. కాబట్టి, ఒక లోహాన్ని కలిగి ఉండటం చాలా మంచిది ఎందుకంటే మీరు కోరుకున్న దానిని బట్టి దాని ఆస్తిని రూపొందించవచ్చు - కూర్పు మరియు ప్రాసెసింగ్ పరిస్థితులను మార్చడం ద్వారా దీనిని బట్టి మరియు వైవిధ్యంగా ఉండవచ్చు. ఇవి సాధారణంగా థర్మల్ గా మరియు ఎలక్ట్రికల్ గా కండక్ట్ గా ఉంటాయి; అందువల్లనే మీకు అధిక విద్యుత్ వాహకత్వం మరియు అధిక థర్మల్ వాహకత్వం అవసరమైన చోట అనువర్తనాల్లో వీటిని ఉపయోగిస్తారు. అయితే, చాలా లోహాలు రియాక్టివ్ గా ఉంటాయి; అవి ఆక్సీకరణం చెందుతాయి, లేదా అవి పర్యావరణంతో ప్రతిస్పందిస్తాయి, అందుకే చాలా లోహాలకు తక్కువ తుప్పు నిరోధకత ఉంటుంది.

కాబట్టి, ఆ వాతావరణం దూకుడుగా, క్షార వాతావరణం లేదా మీకు బురదలు ఉన్నచోట, మీరు వాటిని లోహంనుండి తయారు చేయలేరు ఎందుకంటే అవి సమయం యొక్క విధిగా తుప్పు పట్టుతాయి. కాబట్టి, ఇది లోహం యొక్క లోపం. ఆపై మనకు హైబ్రిడ్లు ఉన్నాయి, లోహాల గురించి మరొక విషయం సాధారణంగా భారీగా ఉంటుంది, అల్యూమినియం మినహా, టైటానియం చాలా లోహాలు భారీగా ఉంటాయి. ఇనుము సాంద్రత సుమారు 8, మరియు బంగారం చాలా బరువుగా ఉంటుంది, వెండి కూడా భారీగా ఉంటుంది, నికెల్ భారీగా ఉంటుంది, ఈ లోహాలు లేదా నేను మాట్లాడుతున్న చాలా ఇంజనీరింగ్ లోహాలు భారీగా ఉంటాయి. రాగి, అల్యూమినియం, టైటానియం మరియు మెగ్నీషియం మినహా చాలా ఇంజనీరింగ్ లోహాలు భారీగా ఉంటాయి, మరియు లోహాలు సాధారణంగా మీరు తయారు చేసిన తర్వాత కరిగే మార్గం ద్వారా తయారు చేయబడతాయి.

అప్పుడు మాకు హైబ్రిడ్లు ఉన్నాయి, ఇవి ఖరీదైనవి, ఎందుకంటే మీరు వివిధ తరగతుల పదార్థాలను కలపడం ద్వారా వాటిని ఒక నిర్దిష్ట పద్ధతిలో ప్రాసెస్ చేయాలి. మీరు విభిన్న పదార్థాలను ఉపయోగిస్తారు కాబట్టి, అవి ఆకారం మరియు చేరడం అంత సులభం కాదు ఎందుకంటే లోహాలు విభిన్న జాయినింగ్ లక్షణాలను కలిగి ఉంటాయి, విభిన్న జాయినింగ్ లక్షణాలను కలిగి ఉంటాయి, పాలిమర్ లు విభిన్న జతచేసే లక్షణాలను కలిగి ఉంటాయి, మరియు అవన్నీ విభిన్న ఉష్ణోగ్రతలను ప్రాసెస్ చేస్తాయి, ఫలితంగా పాలిమర్ నుండి మిశ్రమానికి మంచి ఆకారాన్ని తయారు చేయడం మరియు వాటిలో చేరడం చాలా కష్టం. కాబట్టి, హైబ్రిడ్ల విషయంలో ప్రాసెసింగ్ కొంచెం కష్టం. అయితే, మెటీరియల్స్ కాంబినేషన్ పై ఆధారపడి మీరు చాలా మంచి లక్షణాలను సాధించవచ్చు. ఉదాహరణకు, టెన్నిస్ రాకెట్ లో, టెన్నిస్ రాకెట్ లో మీకు ఏమి అవసరం? అది తేలికగా ఉండాలి; అది బలంగా ఉండాలి, మరియు అది లొంగకూడదు. కాబట్టి, టెన్నిస్ రాకెట్ తాకినప్పుడు, శాశ్వతంగా తెలియజేయకుండా లేదా విచ్ఛిన్నం చేయకుండా కొంచెం ఫ్లెక్స్ చేయగలగాలి. కాబట్టి, ఒక మిశ్రమాన్ని తయారు చేయడం ద్వారా అది సాధించబడుతుంది, దీనిని పాలిమర్ కార్బన్ కాంపోజిట్ అని అనుకుందాం.

కాబట్టి, మీరు ఏమి కలపడం మరియు మీరు ఎలా కలపడం మరియు మెటీరియల్స్ యొక్క ఎలాంటి ఆకారం మరియు సైజును బట్టి, మీరు వాటి లక్షణాలను విస్తృతంగా రూపొందించవచ్చు. కాబట్టి, అవి సాధారణంగా మీకు అధిక నిర్దిష్ట బలం లేదా మోడ్యులస్ ను ఇస్తాయి, ఇవి ప్రాథమికంగా ఆటోమోటివ్ మరియు ఎయిర్ క్రాఫ్ట్ అప్లికేషన్ లలో అవసరం అవుతాయి. కాబట్టి, ఇవి పదార్థాలకు కొన్ని ఉదాహరణలు.

(స్లైడ్ టైమ్ రిఫర్ చేయండి: 20:05)

మెటీరియల్స్ ని ఏది ముఖ్యమైనదిగా మారుస్తుందో, లేదా వాటిని మీరు ఏవిధంగా ఇంజినీర్ చేయగలరో మనం ఇప్పుడు చూద్దాం. కాబట్టి, దీనిని టెట్రాహెడ్రాన్ అని అంటారు, ఇది నాలుగు భాగాలను కలిగి ఉంటుంది, ఒకటి పదార్థాల నిర్మాణం, మరియు ఇది ఏమిటి? ఈ నిర్దిష్ట ఉపన్యాస సిరీస్ నిర్మాణం గురించి, కానీ ఒక నిర్మాణం చాలా విస్తృతమైన అర్థం; నిర్మాణము యొక్క వివిధ అర్థాలు ఉన్నాయి. తరువాత రెండవది మెకానికల్ ప్రాపర్టీ, థర్మల్ ప్రాపర్టీ, ఎలక్ట్రానిక్ ప్రాపర్టీ, ఆప్టికల్ ప్రాపర్టీ మొదలైన ప్రాపర్టీస్. మూడవది ప్రాసెసింగ్, మీరు ఒక మెటీరియల్ ని ఎలా తయారు చేస్తారు, మీరు కోరుకునే ఒక నిర్ధిష్ట ఆకారం మరియు సైజుకు మెటీరియల్ ని ఎలా ప్రాసెస్ చేస్తారు మరియు తరువాత పనితీరును మీరు ప్రాసెస్ చేస్తారు. పనితీరు అనేది నిర్మాణాత్మక అనువర్తనాలు, ఎలక్ట్రానిక్ అప్లికేషన్ లు మొదలైన అనువర్తనాలకు సంబంధించినది.

అందువల్ల, వారు వివిధ రకాల మెటీరియల్స్ ఉపయోగిస్తారు, ఇవి చాలా విభిన్న లక్షణాలు మరియు విభిన్న ఫంక్షనాలిటీని కలిగి ఉంటాయి. కాబట్టి, మీరు వాటిని ఎలా తయారు చేస్తారు? పౌడర్ ప్రాసెసింగ్ వంటి మెటీరియల్స్ తయారు చేయడానికి వివిధ విధానాలు ఉన్నాయి, మీరు పౌడర్ నుంచి ప్రారంభించవచ్చు మరియు తరువాత ఒక నిర్ధిష్ట కాంపోనెంట్ తయారు చేయవచ్చు, లేదా మీరు కరిగే మార్గం ద్వారా ప్రారంభించవచ్చు, దీనిని వేయాలి. కాస్టింగ్ తరువాత, మీరు రోలింగ్ వంటి మరికొన్ని యాంత్రిక చికిత్సను అందించవచ్చు. మెటీరియల్ ని బట్టి, వివిధ రకాల ప్రాసెసింగ్ విధానాలు లభ్యం అవుతాయి.

ఆపై మనకు యాంత్రిక లక్షణాలు, విద్యుత్ లక్షణాలు, అయస్కాంత లక్షణాలు, ఉష్ణ లక్షణాలు ఉన్నాయి. కాబట్టి, వాటిని ఎలా కొలవాలి లేదా ఎలా రూపొందించాలి అనేది ప్రశ్న? ఆపై మాకు చివర్లో నిర్మాణం ఉంది. ఒక పదార్థం యొక్క నిర్మాణం వివిధ పొలుసులను చూస్తుంది, మరియు ఒకటి స్థూల నిర్మాణం. స్థూల నిర్మాణం కంటితో ఏదో చూసినట్లు. మీరు దానిని కొంచెం వివరంగా చూడాలనుకుంటే, విభిన్న పొరలు ఎలా ఉన్నాయో చూడటానికి, ఏదైనా పోరోసిటీ ఉందా, ఏదైనా పగులు ఉందా, ఇది కంటితో కనిపించదు, మీరు సూక్ష్మనిర్మాణాన్ని చూస్తారు, అప్పుడు మీరు సూక్ష్మదర్శినికి వెళతారు.

మరియు మీరు సూక్ష్మనిర్మాణాన్ని చూడటంలో సంతోషంగా లేనట్లయితే, మీరు నిర్మాణాన్ని మరింత మెరుగ్గా అర్థం చేసుకోవాలనుకుంటే, అప్పుడు మీరు పరమాణు నిర్మాణానికి వెళ్ళాలి, అంటే మీరు నిజంగా చాలా చక్కటి పద్ధతులకు వెళ్ళాలి, అప్పుడు మీరు కొంత మోడలింగ్ కూడా చేయాలి, మరియు మీరు పరమాణు నిర్మాణాన్ని కూడా అర్థం చేసుకోవాలనుకుంటే , ఒక పదార్థంలో వెలువడే లక్షణాలు, అప్పుడు మీరు ఎలక్ట్రానిక్ నిర్మాణాన్ని చూస్తారు.

ఎలక్ట్రానిక్ నిర్మాణం సాధారణంగా మోడలింగ్ ఆధారిత వ్యాయామం. కాబట్టి, ఒక పదార్థం యొక్క నిర్మాణం మీరు మాట్లాడుతున్న పొడవు స్కేలుపై ఆధారపడి ఉంటుంది, మరియు ఇది స్థూల నిర్మాణం కావచ్చు; ఇది సూక్ష్మనిర్మాణం కావచ్చు; ఇది పరమాణు నిర్మాణం, ఎలక్ట్రానిక్ నిర్మాణం కావచ్చు. కాబట్టి, మీరు స్థూల నుండి సూక్ష్మ నుండి పరమాణువుకు ఎలక్ట్రానిక్ కు వెళ్ళేటప్పుడు పొడవు పొలుసులు తగ్గుతాయని మీరు చూడవచ్చు. మరియు ఇది మెటీరియల్ యొక్క సామర్థ్యాన్ని నిర్ణయించే మెటీరియల్స్, స్ట్రక్చర్, ప్రాసెసింగ్, పనితీరు మరియు ప్రాపర్టీస్ యొక్క ఈ నాలుగు లక్షణాల కలయిక.

కాబట్టి, ఇవ్వబడ్డ అప్లికేషన్ కొరకు, మీరు ప్రాపర్టీస్ ని ఆప్టిమైజ్ చేయాలి, మరియు మీరు ప్రక్రియను ఆప్టిమైజ్ చేయాల్సి ఉంటుంది, ప్రక్రియ సరళంగా, చౌకగా మరియు తేలికగా తయారు చేయాలి. లక్షణాలు అనువర్తనం ప్రకారం ఉండాలి, మరియు లక్షణాలు నిర్మాణం ద్వారా ప్రభావితం అవుతాయి; ప్రాసెసింగ్ ద్వారా నిర్మాణం ప్రభావితం అవుతాయి.

(స్లైడ్ టైమ్ రిఫర్ చేయండి: 23:57)

నేడు సైన్స్, ఫిజిక్స్ మరియు కెమిస్ట్రీ యొక్క అవగాహనతో, ఈ పదార్థాలను వివిధ తరగతుల లోహాలు మరియు మిశ్రమాలు, సిరామిక్స్, ప్లాస్టిక్లు, పాలిమర్లు మరియు ఎలాస్టోమర్లుగా వర్గీకరించవచ్చు.

ఇప్పుడు, తలెత్తే ప్రశ్న ఏమిటంటే, ఈ నలుగురి మధ్య తేడా ఏమిటి? ఈ నాలుగు కేటగిరీల్లో మెటీరియల్స్ లో వీటిని మనం ఎందుకు వర్గీకరించాలి? నేను మీకు ఒక ప్రాథమిక కారణం లక్షణాల కారణంగా చూపించాను. అయితే, ఈ పదార్థాల నిర్మాణాన్ని నిర్ణయించే బంధ లక్షణాలు లక్షణాలు కాకుండా మరింత ప్రాథమికమైనది ఉంది.

(స్లైడ్ టైమ్ రిఫర్ చేయండి: 25:18)

బంధం పై చర్చకు వెళ్ళే ముందు, పదార్థాల నిర్మాణం ఎలా ముఖ్యమో నేను మీకు చూపిస్తాను. కాబట్టి, ఇది వివిధ పొడవు పొలుసుల వద్ద పదార్థాల నిర్మాణం. ఈ నిర్మాణం కంటికి కనిపిస్తుంది, దీనిని స్థూల నిర్మాణం అని అంటారు, అంటే మానవ కంటి యొక్క రిజల్యూషన్ కు మించిన పొడవు పొలుసులు. మైక్రోస్కోప్ ఆప్టికల్ మైక్రోస్కోప్ కావచ్చు; ఇది స్కానింగ్ ఎలక్ట్రాన్ మైక్రోస్కోప్ కావచ్చు, ఇది మైక్రాన్లు మరియు కొన్ని వందల నానోమీటర్ల వరకు విషయాలను పరిష్కరించడానికి మీకు సహాయపడుతుంది. ఉదాహరణకు, ఇవి ఒక నిర్దిష్ట ఫ్యాషన్ లోపల అలైన్ చేయబడిన ఫైబర్లు లేదా రంధ్రాలు, ఇక్కడ పొడవు స్కేలు కారణంగా కంటి ద్వారా కనిపించదు. కాబట్టి, ఇక్కడ ఈ పొడవు స్కేలు కొన్ని మైక్రాన్లు లేదా సబ్ మైక్రాన్ కావచ్చు. ఇది కంటి ద్వారా పరిష్కరించబడదు, మరియు తరువాత మీరు దానిని ఉంచాలి. కాబట్టి, కొన్ని వందల మైక్రోమీటర్లు అని మనం చెప్పనివ్వండి కంటే తక్కువ, మీరు దానిని స్థూలఅని పిలుస్తారు. ఒకవేళ మీరు అధిక స్థాయి వివరాలకు వెళ్లాలనుకుంటే, అప్పుడు మీరు నానోస్కేల్ లేదా పరమాణు స్థాయిలో పదార్థం కోసం నిర్మాణాన్ని చూడవచ్చు. కాబట్టి, ఇక్కడ ఇది ఒక పదార్థం యొక్క ట్రాన్స్ మిషన్ ఎలక్ట్రాన్ మైక్రోస్కోప్ చిత్రం, మీరు విషయాలను 0.5 ఎన్ఎమ్ వరకు పరిష్కరించగలరని మీరు చూడవచ్చు, మీరు చూడగల స్కేల్ బార్ సుమారు 10 ఎన్మీ. కాబట్టి, మీరు ఒక నానోమీటర్ లో సగం వరకు విషయాలను పరిష్కరించవచ్చు. కాబట్టి, దీనిని సరైన జాగ్రత్తగా ఇమేజింగ్ చేయడం ద్వారా నానో లేదా పరమాణు నిర్మాణం అని అంటారు. ఒక పదార్థంలో పరమాణు అమరికను కూడా మీరు చూడటానికి ప్రయత్నించవచ్చు. అంతేకాక, మీరు దీనిని మరింత మెరుగ్గా అర్థం చేసుకోవాలనుకుంటే, అప్పుడు మేము పరమాణు అనుకరణలు అని పిలిచే దానిని మీరు చేయాలి, ఇది పదార్థాల పరమాణు నిర్మాణం గురించి మీకు చెబుతుంది.

ఇప్పుడు, ఇవి పరమాణు నిర్మాణాలు, ఇవి పరమాణు స్థాయికి వెళ్ళగలవు, ఎలక్ట్రానిక్ అని అనుకుందాం, మరియు ఇవి. కాబట్టి, ఇది టిఈమ్ ద్వారా చేయబడింది. ఒకవేళ మీరు 1ఎన్ఎమ్ కంటే దిగువకు వెళ్లాలనుకుంటే, మీరు మైక్రోస్కోపీ చేయలేరు, మరియు మీరు సిమ్యులేషన్ లు చేయాల్సి ఉంటుంది. కాబట్టి, ఇది అనుకరణలు లేదా మోడలింగ్ ద్వారా.

కాబట్టి, ఇవి నాలుగు స్థాయిల నిర్మాణాలు, ఇవి ఒక పదార్థంలో ఉంటాయి, మరియు ఈ నిర్మాణాలను అర్థం చేసుకోవడం చాలా ముఖ్యం ఎందుకంటే నిర్మాణాలు వివిధ విషయాల పంపిణీ ఎలా తయారు చేయబడతాయి? వివిధ వస్తువుల పరిమాణం ఎంత? వారి రూపశాస్త్రం ఏమిటి? అవి ఎలా ఓరియెంటెడ్ గా ఉంటాయి మరియు వివిధ ఇతర విషయాలు? ఒక మెటీరియల్ యొక్క లక్షణాలు ఏమిటో వారు నిర్ణయిస్తారు, మరియు ఆ ప్రాపర్టీస్ ఒక నిర్ధిష్ట అప్లికేషన్ కొరకు వర్తించడాన్ని నిర్ణయిస్తాయి, మరియు ప్రాథమికంగా, ప్రాసెసింగ్ ఈ నిర్మాణాన్ని నియంత్రిస్తుంది.

కాబట్టి, అందుకే నేను మీకు టెట్రాహెడ్రాన్ చూపించాను, ఇది చాలా ముఖ్యమైనది. కాబట్టి, తదుపరి ఉపన్యాసంలో, బంధం అంటే ఏమిటి మరియు ఆ నిర్దిష్ట బంధం మేము చేసిన పదార్థాల వర్గీకరణకు ఎలా సంబంధించినది అనే దాని గురించి కొంచెం ఆలోచించడానికి పదార్థాల బంధం గురించి మనం ఇప్పుడు మాట్లాడుకుందాం. అప్పుడు మేము కోర్సుకు వెళ్తాము, నిర్మాణాలను అధ్యయనం చేసే పరంగా, మేము మొదట చిన్న స్థాయి నుండి ప్రారంభిస్తాము మరియు తరువాత అతిపెద్ద స్థాయికి వెళ్తాము.

ధన్యవాదాలు.